Сайт по созданию и продаже "Умных Теплиц" и сопутствующих товаров.

Расчёт количества вентиляторов. Часть 2.

Часть 2. Сколько тепла могут отвести открытие форточки.

На казалось бы простой вопрос потребовалось написать целую диссертация. В виду того, что есть некоторые проблемы с разбивкой текста на страницы, пришлось создать 4 отдельные статьи. Поэтому, их или нужно ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО читать, начиная с части №1 (в противном случае половину не поймёте) или сразу читать часть № 4.

Кому лень читать и вникать — в части №4 итоговые выкладки.


Коэффициент отражения света.
Коэффициент отражения света.

Часть 2. Отражение солнечной радиации от растений и от грунта.

Растения отражают и перерабатывают солнечный свет. Не вся энергия солнца переходит в тепловую. В сентябре 2018 года по «Нашионал географик» прозвучала цифра, что растения отражают 50% солнечного света и еще 8% тратят на химические реакции. То есть реально, на нагрев грунта уходит всего 42% от поступающей тепловой энергии. По таблицам «коэффициент отражения» так же выходит около 50% пот отражения падающего света.

Конечно, не вся теплица покрыта зеленью — есть еще и земля и дорожки, но они так же не черные, а ближе к серому цвету. Но доля дорожек и «пустой» поверхности земли в теплице мала относительно общей площади теплицы. Поэтому, коэффициент отражения будет взять 50% от поступающего света (тепловой энергии).

Существует так же понятие рассеянный свет. Коэффициент от входящего солнечного излучения при рассеянном свете имеет диапазон от 42 до 67%. Для простоты так же возьмём этот показатель равный 50%. Это когда солнечная радиация (излучение) не напрямую попадает на почву, а от отражённых поверхностей. К примеру, от растений.

Поэтому, во всех дальнейших расчётах будет считаться, что в теплице остаётся лишь 50% от поступившего в неё энергии, остальная часть отражается. Честно говоря, я пока не совсем понимаю, как куст помидоры способен переварить 350 Вт тепловой энергии в час (отражается 50% от попадающего света), при том что лампочка на 100 Вт выдаёт около 94 Вт тепла в час.

Так же учитываем, что 15% от попадающего света впитывает в себя грунт. Берём для расчётов торф, так как другой грунт впитывает тепла больше, чем торф. Теплоёмкость грунта составляет 0,601 кал/1 см³. Грунт прогревается (эффективно и быстро поглощает тепло) первые 20 см, дальше просто идет теплопередача (медленно) и теплоотдача (назад в теплицу при снижении внутри неё температуры). Итак, теплица размером 3*4 метра и глубина грунта 0,2 метра. Получаем 4*3*0,2*(0,601*100*100*100)=1442400 кал. Переводим это в Вт. Справочники выдают цифру 1000 Кал = 1,163 Вт. получаем 1442400/1000*1,163=1677 Вт. Для теплицы 8*3 метра это уже будет 3355 Вт.
Это значение указано для разницы температур в 1°С. Больше не имеет смысла, так как если на улице холодно или земля ещё не прогрета (начало мая), то да, земля впитает в себя МНОГО тепла, а вот если у вас на улице июнь и уже неделю стоит жара, то не стоит рассчитывать на большое поглощение землёй излишки тепла от солнца, так как земля будет уже прогрета и её эти излишки куда то нужно девать. Мы же с вами делаем расчёты на отвод тепла из крытой теплицы при пиковых значениях (рассчитываем самые неблагоприятные ситуации).

В расчетах указана примерно реальная способность поглощения землёй тепла от солнца при жаркой погоде более 7 дней. Хорошо, на улице жара, мы получили значения, сколько грунт впитает в себя тепла. А дальше это тепло он должен куда то передать, либо назад — наверх, либо же внутрь земли.

Согласно изображению №2 (чуть ниже), глинистые грунты и суглинки проводят 1,86 Вт/(м*°С).

Получается, что 10 см толщины грунта со ВСЕЙ теплицы отведут тепла ВНУТРЬ грунта  1,86/0,1*5°С*3*4=1116 Вт. Разница температур между глубиной грунта в 0 см и глубиной в 30 см указал 5 °С. Площадь теплицы 3*4 метра. На практике, если очень грубо (нет резкой смены жара-холод), то земля поглощает примерно 15% от поступившего на этот участок солнечного тепла (при условии, что земля расположена под тенью растений). Сейчас будет расчёт, а почему такие цифры — будет описано дальше.
Итак 950*sin(58.28°) = 950*0.850= 808 Вт это попадает на крышу теплицы. Внутрь теплицы попадает 808*0,86=695 Вт/1 м². Теперь на землю 695*0,15=104 Вт/1 м². Проверяем 104*3*4= 1248 Вт приходится по поглощения тепла от солнца на долю земли. На это значение уменьшаем в расчётах отвод тепла (горячего воздуха) из теплицы.

При продолжительной теплой погоде (более 5-7 дней) и  без резких суточных перепадов температуры, земля способна впитать в себя примерно 15% от поступившего в теплицу солнечного излучения. Это показатель следует запомнить, он будет участвовать в дальнейших расчётах.

Для справки — на глубине 1,2 метра температура земли стабильна и составляет летом +8 °С. И ещё — твёрдых материалах теплота распространяется равномерно во все стороны, гравитация на понятие «теплота» не действует.


Часть 3. Горячий воздух поднимается к крыше теплице. Естественная (свободная) конвекция воздуха.

Естественная (свободная) конвекция воздуха. Здесь попытаемся узнать, сколько тепла способны отвести открытые форточки в теплице. Для этого будем использовать формулу «Формула Ньютона-Рихмана».

Коэффициент теплоотдачи входит в выражение для потока тепла в веществе жидкой или газообразной среды с интенсивным изменением температуры при увеличении расстояния от охлаждаемого или нагреваемого объекта: Q = α * ( Tsr — Tpov ) * S,  где Q — количество теплоты, которая отводится от поверхности, имеющую площадь S,  Tsr — температура вещества (жидкости, газа),  Tpov — температура поверхности тела (жидкости, газа).

Коэффициент теплоотдачи воздуха при естественной конвекции.
Коэффициент теплоотдачи воздуха при естественной конвекции.

Коэффициентом теплоотдачи называется физическая величина, которая характеризует интенсивность теплоотдачи при известном изменении температуры.
Так, для условий свободной конвекции воздуха:  5≤ α ≤25 (Вт/м2К). Сперва в расчётах заложил по максимуму, но потратив дня два нашёл выкладки из старых справочников, которые более точно описывают это коэффициент.

Для температуры воздуха 40°С Коэффициентом теплоотдачи = 9,1 Ккал /(м2 * град * час). Один Ккал = 1,1622 Вт. Получаем для 40°С =10,58 Вт/м2 * К.
Для температуры воздуха 50°С получаем =9,8 Ккал /(м2 * град * час) или 11,39 Вт/м2 * К.

Теплица 3,2*4,0 метра имеет две стандартные форточки по бокам. Каждая по 90 см шириной и при открытии образует щель не более 30 см. В итоге площадь отводимого тепла через форточки равна S=0.90*0.30*2. Получаем S=0,54 м². Ввиду того, что окошко вывода горячего воздуха расположено под углом в 90°, то коэффициент около 35-50%. Теперь вычисляем отводимое тепло при естественной вентиляции воздуха. Температура под крышей теплицы + 45 °С. Температура снаружи +25 °С. Разница температур равна +20 °С. Для температуры воздуха 45°С имеем (10,58 Вт/мК + 11,39 Вт/м2 К)/2 = 10,985 Вт/м2К.

Q=10,985 Вт/м2 К * Δ20 °С * 0,54 м² * 50%         Получаем, что Q=59,3 Вт отводимого тепла  на ДВЕ открытие створки!
Одна створка размером 90*30 см отводит из теплицы 29,65 Вт тепловой энергии (тепла) в час.

Для справки, вентилятор, у которого производительность 90 м³ в час может отвести при ΔТ=20 °С уже от 644 Вт/час (Δ=20 °С) до 920 Вт/час (Δ=25 °С —  актуально для некоторых типов теплиц). А вентилятор 120*120 мм может отвести уже 3 м³/минуту или 180 м³ за 1 час, что составляет от 1288 Вт/час до 1640 Вт/час  (Δ=25 °С).  Получаем, что одна открытая створка отводит тепло из теплицы в 21,7 раза хуже, чем один вентилятор 92*92 мм и в 43 раза хуже, чем один вентилятор 120*120 мм. Расчёты будут чуть ниже.

 

Добавить комментарий

Войти с помощью: 
Закрыть меню
×

Корзина